ES2606860T3 - Machine tool and method used by said machine - Google Patents
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Abstract
Una máquina herramienta que comprende: una base de máquina; un primer soporte (200) proporcionado sobre un primer eje de máquina de rotación (322), con el primer eje de rotación montado sobre la base en una posición fija con respecto a la base; un segundo soporte (202) previsto en un segundo eje de máquina de rotación (324), con el segundo eje de máquina de rotación montado sobre la base en una posición fija con respecto a la base, en donde el eje de rotación del segundo eje de rotación es paralelo y está separado lateralmente del eje de rotación del primer eje de rotación; un montaje llevado por el segundo soporte y que es móvil con respecto al segundo soporte; y una disposición de control que funciona para controlar la orientación del primer soporte (200) con respecto al eje de rotación del primer eje de rotación (322), y la orientación del montaje con relación al eje de rotación del segundo eje de rotación (324), de modo que rija la posición y orientación del primer soporte y del montaje uno respecto del otro, caracterizado por que la base de máquina comprende un soporte central (320) ubicado entre los ejes de máquina (322, 324), y los ejes de máquina están montados sobre lados enfrentados del soporte.A machine tool comprising: a machine base; a first support (200) provided on a first axis of rotation machine (322), with the first axis of rotation mounted on the base in a fixed position with respect to the base; a second support (202) provided on a second axis of rotation machine (324), with the second axis of rotation machine mounted on the base in a fixed position with respect to the base, where the axis of rotation of the second axis of rotation is parallel and is separated laterally from the axis of rotation of the first axis of rotation; an assembly carried by the second support and which is mobile with respect to the second support; and a control arrangement that functions to control the orientation of the first support (200) with respect to the axis of rotation of the first axis of rotation (322), and the orientation of the assembly in relation to the axis of rotation of the second axis of rotation (324 ), so as to govern the position and orientation of the first support and the assembly with respect to each other, characterized in that the machine base comprises a central support (320) located between the machine axes (322, 324), and the axes of machine are mounted on opposite sides of the support.
Description
55
1010
15fifteen
20twenty
2525
3030
3535
4040
45Four. Five
50fifty
DESCRIPCIONDESCRIPTION
Maquina herramienta y metodo que utiliza dicha maquina.Machine tool and method used by said machine.
Campo de la invencionField of the Invention
La presente invencion se refiere a maquinas herramienta y, mas concretamente, a la reduccion de errores de alineacion en dichas herramientas.The present invention relates to machine tools and, more specifically, to the reduction of alignment errors in said tools.
Antecedentes de la invencionBackground of the invention
Existen numerosas aplicaciones para maquinas herramienta que requieren el movimiento de dos puntos en el espacio para que sean controlados uno respecto del otro, tanto en posicion como en angulo, en un area o volumen de barrido. Es conveniente minimizar la cantidad de ejes de maquina involucrados para optimizar este control. Asimismo, es conveniente mantener un bucle de rigidez muy ajustado entre los dos puntos y, de manera ideal, un valor de rigidez constante en el bucle a medida que se ajustan la posicion y el angulo de los puntos. Ello mejora el nivel de precision y repetitividad del movimiento.There are numerous applications for machine tools that require the movement of two points in the space so that they are controlled with respect to each other, both in position and at an angle, in a sweeping area or volume. It is convenient to minimize the amount of machine shafts involved to optimize this control. Likewise, it is convenient to maintain a very tight stiffness loop between the two points and, ideally, a constant stiffness value in the loop as the position and angle of the points are adjusted. This improves the level of precision and repetitiveness of the movement.
A menudo, las maquinas herramienta actuales utilizan carriles de grna lineales largos para permitir el contacto entre una herramienta de corte (tal y como una muela) y una pieza de trabajo en cualquier posicion a lo largo de la longitud de la pieza de trabajo. Es posible que los carriles largos lleven los carriles de grna mas cortos para facilitar el movimiento de una herramienta de corte hacia o desde la pieza de trabajo, en direccion ortogonal a los carriles largos. Estos carriles apilados (o ejes) aportan elasticidad no deseada, lo que reduce la rigidez de la herramienta al componente. A su vez, esto conduce a una calidad reducida del componente, en cuanto a precision dimensional y acabado. Ademas, es habitual que los rieles de grna largos requieran tener, como mmimo, una longitud equivalente a la pieza de trabajo que sera mecanizada. A menudo, ello resulta en un eje con un mdice de apoyo insuficiente en donde el eje alcanza flexibilidad maxima en la direccion de la fuerza de corte. Este problema se agrava cuando un eje de entrada ortogonal se encuentra apilado sobre el eje largo.Often, current machine tools use long linear grinding rails to allow contact between a cutting tool (such as a wheel) and a workpiece in any position along the length of the workpiece. It is possible that the long rails carry the shorter rails to facilitate the movement of a cutting tool to or from the workpiece, in an orthogonal direction to the long rails. These stacked rails (or shafts) provide unwanted elasticity, which reduces the rigidity of the tool to the component. In turn, this leads to reduced component quality, in terms of dimensional accuracy and finish. In addition, it is customary for long-track rails to require, at least, a length equivalent to the workpiece that will be machined. Often, this results in an axis with an insufficient support index where the axis reaches maximum flexibility in the direction of the cutting force. This problem is exacerbated when an orthogonal input shaft is stacked on the long axis.
El uso de ejes apilados tambien es problematico si se emplean codificadores de posicion sobre el eje. Cuanto mas alta sea la pila de ejes, mayor sera la distancia entre los puntos de interes y los codificadores. Ello se deriva en errores "de compensacion de Abbe" que reducen la precision intrmseca de las maquinas herramienta.The use of stacked axes is also problematic if position encoders are used on the axis. The higher the axle stack, the greater the distance between the points of interest and the encoders. This results in "Abbe compensation" errors that reduce the intrinsic precision of machine tools.
Asimismo, el uso de ejes lineales apilados ortogonales requiere una alineacion que es costosa y requiere mucho tiempo para mantener la ortogonalidad entre los ejes y minimizar los errores de alabeo, oscilacion y balanceo de cada eje.Likewise, the use of orthogonal stacked linear axes requires an alignment that is expensive and time-consuming to maintain orthogonality between the axes and minimize the errors of warping, oscillation and balancing of each axis.
Estos ejes lineales largos tambien requieren largas cubiertas telescopicas que son costosas, aportan friccion, son propensas a fallos y, ademas, pueden influenciar la precision del movimiento lineal (por ejemplo, su rectitud, precision de posicionamiento y repetibilidad).These long linear axes also require long telescopic covers that are expensive, provide friction, are prone to failures and, in addition, can influence the precision of linear motion (for example, their straightness, positioning accuracy and repeatability).
La presente invencion busca superar los problemas descritos anteriormente que se asocian con el uso de carriles de grna largos y reducir la necesidad de ejes ortogonales apilados.The present invention seeks to overcome the problems described above that are associated with the use of long rails and reduce the need for stacked orthogonal axes.
La publicacion internacional n° WO2009/093064 (a nombre del presente solicitante) describe una maquina herramienta que comprende una base de maquina, un primer soporte montado sobre un primer eje de maquina de rotacion sobre la base, y un segundo soporte montado sobre un segundo eje de maquina de rotacion sobre la base. El segundo eje de rotacion es paralelo y esta separado lateralmente del primer eje de rotacion, y lleva un montaje que es movil con respecto al segundo soporte a lo largo de un primer eje de maquina lineal ortogonal al segundo eje de rotacion. Se proporciona una disposicion de control que funciona para controlar la orientacion del primer soporte sobre el primer eje de rotacion, y la orientacion del montaje con respecto al segundo eje de rotacion y su ubicacion a lo largo del eje lineal, de modo que rija la posicion y orientacion del primer soporte y del montaje uno respecto del otro. Esto se puede lograr sin necesidad de ejes lineales largos ni de un eje lineal apilado, lo que supera los problemas que se asocian con las configuraciones conocidas descritas anteriormente.International Publication No. WO2009 / 093064 (in the name of the present applicant) describes a machine tool comprising a machine base, a first support mounted on a first axis of rotation machine on the base, and a second support mounted on a second rotation machine shaft on the base. The second axis of rotation is parallel and is laterally separated from the first axis of rotation, and carries an assembly that is movable with respect to the second support along a first axis of linear machine orthogonal to the second axis of rotation. A control arrangement is provided that functions to control the orientation of the first support on the first axis of rotation, and the orientation of the assembly with respect to the second axis of rotation and its location along the linear axis, so as to govern the position and orientation of the first support and the assembly with respect to each other. This can be achieved without the need for long linear axes or a stacked linear axis, which overcomes the problems associated with the known configurations described above.
Sumario de la invencionSummary of the invention
La presente invencion se refiere a una maquina herramienta que comprende: una base de maquina;The present invention relates to a machine tool comprising: a machine base;
un primer soporte proporcionado sobre un primer eje de maquina de rotacion, con el primer eje de rotacion montado sobre la base en una posicion fija con respecto a la base;a first support provided on a first rotation machine axis, with the first rotation axis mounted on the base in a fixed position with respect to the base;
un segundo soporte proporcionado sobre un segundo eje de maquina de rotacion, con el segundo eje de rotacion montado sobre la base en una posicion fija con respecto a la base, en donde el eje de rotacion del segundo eje de rotacion es paralelo y esta separado lateralmente del eje de rotacion del primer eje de rotacion;a second support provided on a second axis of rotation machine, with the second axis of rotation mounted on the base in a fixed position with respect to the base, where the axis of rotation of the second axis of rotation is parallel and is laterally separated of the axis of rotation of the first axis of rotation;
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un montaje llevado por el segundo soporte y que es movil con respecto al segundo soporte; yan assembly carried by the second support and which is mobile with respect to the second support; Y
una disposicion de control que funciona para controlar la orientacion del primer soporte con respecto al eje de rotacion del primer eje de rotacion, y la orientacion del montaje con respecto al eje de rotacion del segundo eje de rotacion, de modo que rija la posicion y orientacion del primer soporte y del montaje uno respecto del otro, segun se describe en el documento US-5.231.587.a control arrangement that functions to control the orientation of the first support with respect to the axis of rotation of the first axis of rotation, and the orientation of the assembly with respect to the axis of rotation of the second axis of rotation, so as to govern the position and orientation of the first support and of the assembly with respect to each other, as described in document US-5,231,587.
Segun la invencion, la base de maquina comprende un soporte central ubicado entre los ejes de maquina, y los ejes de maquina estan montados sobre lados enfrentados del soporte.According to the invention, the machine base comprises a central support located between the machine axes, and the machine axes are mounted on opposite sides of the support.
Por lo tanto, las fuerzas generadas como resultado de un eje de maquina de rotacion que actuan sobre el otro son resistidas en tension y en compresion, en lugar de en flexion (como sena el caso con configuraciones de lecho de maquina conocidas). Ademas, el bucle de rigidez y el bucle termico permanecen independientes de forma sustancial de las orientaciones de los ejes de maquina.Therefore, the forces generated as a result of a rotating machine shaft acting on the other are resisted in tension and compression, rather than in flexion (as is the case with known machine bed configurations). In addition, the stiffness loop and the thermal loop remain substantially independent of the orientations of the machine shafts.
Preferiblemente, el peso de ambos ejes de maquina es soportado de forma sustancial por el soporte central.Preferably, the weight of both machine shafts is substantially supported by the central support.
Una maquina herramienta descrita en la presente memoria comprende: una base de maquina;A machine tool described herein comprises: a machine base;
un primer soporte proporcionado sobre un primer eje de maquina de rotacion, con el primer eje de rotacion montado sobre la base en una posicion fija con respecto a la base;a first support provided on a first rotation machine axis, with the first rotation axis mounted on the base in a fixed position with respect to the base;
un segundo soporte proporcionado sobre un segundo eje de maquina de rotacion, con el segundo eje de maquina de rotacion montado sobre la base en una posicion fija con respecto a la base, en donde el eje de rotacion del segundo eje de rotacion es paralelo y esta separado lateralmente del eje de rotacion del primer eje de rotacion;a second support provided on a second axis of rotation machine, with the second axis of rotation machine mounted on the base in a fixed position with respect to the base, where the axis of rotation of the second axis of rotation is parallel and this laterally separated from the axis of rotation of the first axis of rotation;
un montaje llevado por un brazo de soporte sobre el segundo soporte; siendo el brazo de soporte movil con respecto al segundo soporte alrededor de un eje rotativo; ya mounting carried by a support arm on the second support; the support arm being mobile with respect to the second support around a rotary axis; Y
una disposicion de control que funciona para controlar la orientacion del primer soporte con respecto al eje de rotacion del primer eje de rotacion, y la orientacion del montaje con respecto al eje de rotacion del segundo eje de rotacion y su posicion de rotacion alrededor del eje rotativo, de modo que rija la posicion y orientacion del primer soporte y del montaje uno respecto del otro.a control arrangement that functions to control the orientation of the first support with respect to the axis of rotation of the first axis of rotation, and the orientation of the assembly with respect to the axis of rotation of the second axis of rotation and its position of rotation around the rotary axis , so that it governs the position and orientation of the first support and the assembly with respect to each other.
Esta configuracion proporciona beneficios asociados con las realizaciones que se describen en el documento WO2009/093064 que se derivan de proveer dos ejes de maquina de rotacion proporcionados a una distancia fija uno del otro. Se diferencia en que el movimiento del montaje con relacion al segundo soporte se realiza alrededor de un eje rotativo, estando el montaje separado del eje rotativo mediante un brazo de soporte, en lugar de que el montaje sea movil con relacion al segundo soporte a lo largo de un eje de maquina lineal.This configuration provides benefits associated with the embodiments described in WO2009 / 093064 that are derived from providing two axes of rotation machine provided at a fixed distance from each other. It differs in that the movement of the assembly in relation to the second support is carried out around a rotary axis, the assembly being separated from the rotary axis by means of a support arm, instead of the assembly being movable in relation to the second support along of a linear machine shaft.
Como se describe en el documento WO2009/093064, la combinacion de dos ejes de maquina de rotacion y un eje de maquina lineal facilita el control versatil de las orientaciones relativas del primer soporte y un montaje sobre el segundo soporte sobre un area de barrido. El componente lineal de movimiento en un plano perpendicular al primer y al segundo eje de rotacion se combina ventajosamente con su movimiento de rotacion para, por ejemplo, permitir rectificar superficies cilmdricas mediante una maquina de rectificar que comprende este concepto.As described in WO2009 / 093064, the combination of two rotation machine axes and a linear machine axis facilitates the versatile control of the relative orientations of the first support and a mounting on the second support on a scanning area. The linear component of movement in a plane perpendicular to the first and second axis of rotation is advantageously combined with its rotational movement to, for example, allow grinding cylindrical surfaces by means of a grinding machine comprising this concept.
El autor de la invencion ha comprendido que el grado de libertad que ofrece el eje de maquina lineal en realidad podna ser facilitado por un eje rotativo adicional, lo que obviana la necesidad de un eje lineal para esta funcion. Con un control apropiado mediante la disposicion de control, la rotacion del montaje alrededor de su eje puede lograrse mediante el uso de una disposicion de accionamiento asociada para proporcionar el componente lineal de movimiento del montaje que se requiere con respecto al primer soporte. La maquina herramienta solo puede emplear estos tres ejes rotativos, lo que facilita el movimiento relativo entre el primer soporte y el montaje, a la vez que reduce la susceptibilidad de errores de alineacion.The author of the invention has understood that the degree of freedom offered by the linear machine axis could actually be facilitated by an additional rotary axis, which obviates the need for a linear axis for this function. With proper control by means of the control arrangement, the rotation of the assembly around its axis can be achieved through the use of an associated drive arrangement to provide the linear motion component of the assembly that is required with respect to the first support. The machine tool can only use these three rotary axes, which facilitates the relative movement between the first support and the assembly, while reducing the susceptibility of alignment errors.
El uso de un tercer eje rotativo en lugar de un eje lineal significa que los tres ejes pueden ser ejes rotativos que se pueden sellar mediante el uso de laberintos que no aportan fuerzas de friccion. Ello se contrapone al protector contra deslizamiento lineal o tapa requerida por un eje lineal. Dichos protectores o tapas tienden a ser pesados, costosos y a aportar fuerzas de friccion no repetibles.The use of a third rotary axis instead of a linear axis means that the three axes can be rotary axes that can be sealed by using labyrinths that do not provide frictional forces. This is opposed to the protector against linear sliding or cover required by a linear axis. Said protectors or covers tend to be heavy, expensive and provide non-repeatable frictional forces.
Asimismo, es probable que el uso de un tercer eje rotativo signifique que una masa mas pequena se encuentre en movimiento para crear el componente lineal de movimiento deseado. Cuando se emplea un eje lineal, una masa relativamente grande que incluye el carro que se mueve a lo largo del eje se mueve a traves del segundo eje de soporte, lo que altera el momento polar de inercia del segundo conjunto de soporte en una mayor medida. A su vez, ello puede requerir que los bucles del servo del eje rotativo se "ajusten" para evitar la inestabilidad del servo en todo el intervalo de las inercias polares.Likewise, the use of a third rotary axis is likely to mean that a smaller mass is in motion to create the desired linear component of motion. When a linear axis is used, a relatively large mass that includes the carriage that moves along the axis moves through the second support axis, which alters the polar moment of inertia of the second support assembly to a greater extent . In turn, this may require that the servo loops of the rotating shaft be "adjusted" to avoid instability of the servo over the entire range of polar inertia.
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El termino "eje de maquina" ilustra un eje de maquina ffsico en la presente memoria, en contraposicion a un eje de referencia. Cada eje de maquina tiene dos porciones que son accionadas durante el uso para que se muevan una respecto de la otra, alrededor o a lo largo de un eje de referencia, mediante disposiciones de accionamiento asociadas regidas por la disposicion de control.The term "machine axis" illustrates a physical machine axis herein, as opposed to a reference axis. Each machine axis has two portions that are actuated during use so that they move relative to each other, around or along a reference axis, by associated drive arrangements governed by the control arrangement.
Con una muela de rectificar montada sobre el montaje, la invencion reivindicada facilita el rectificado en profundidad, conico, en angulo y por interpolacion sobre la longitud completa de una pieza de trabajo sujeta en el primer soporte. Es especialmente adecuado para rectificar componentes delgados de multiples caractensticas, tales como levas y ciguenales.With a grinding wheel mounted on the assembly, the claimed invention facilitates in-depth, conical, angle and interpolation grinding over the full length of a workpiece attached to the first support. It is especially suitable for rectifying thin components of multiple features, such as cams and crankshafts.
El eje longitudinal de una pieza de trabajo montada sobre el otro soporte puede estar separado del eje de rotacion del soporte, por ejemplo con la pieza de trabajo cerca de la periferia del soporte, de modo que su longitud total sea facilmente presentable a una herramienta sobre el soporte. Mas concretamente, el eje longitudinal de la pieza de trabajo puede estar ubicado en una orientacion ortogonal a una lmea radial que se extiende hacia el exterior desde el eje de rotacion respectivo.The longitudinal axis of a workpiece mounted on the other support can be separated from the axis of rotation of the support, for example with the workpiece near the periphery of the support, so that its total length is easily presentable to a tool on the support. More specifically, the longitudinal axis of the workpiece may be located in an orthogonal orientation to a radial line extending outward from the respective rotation axis.
El tercer eje rotativo puede ser ortogonal al eje de rotacion del segundo eje de maquina de rotacion. De manera alternativa, puede estar en una orientacion paralela al eje de rotacion del segundo eje de maquina de rotacion.The third rotary axis can be orthogonal to the axis of rotation of the second axis of rotation machine. Alternatively, it may be in an orientation parallel to the axis of rotation of the second axis of rotation machine.
Los soportes pueden ser rotativos de forma independiente alrededor de sus respectivos ejes de rotacion. De manera alternativa, pueden estar dispuestos para su rotacion de tal manera que el movimiento de rotacion de un soporte en una direccion se corresponde sustancialmente con la rotacion equivalente del otro soporte, pero en la direccion opuesta.The supports can be rotated independently around their respective axes of rotation. Alternatively, they may be arranged for rotation so that the rotational movement of one support in one direction corresponds substantially to the equivalent rotation of the other support, but in the opposite direction.
La posicion de rotacion de los soportes puede ser inmovilizable de forma selectiva con relacion a la base de maquina. Por ejemplo, durante una operacion de rectificado en profundidad, un solo eje, a saber, el eje rotativo del montaje esta "vivo", lo que hace que la rigidez dinamica de la maquina herramienta durante el rectificado sea significativamente mayor que la de una maquina herramienta convencional que emplea unicamente carriles de grna lineales. Cada eje rotativo es inmovilizable, por ejemplo, mediante sujecion del servo, usando un freno, o apagando los cojinetes hidrostaticos o de aire asociados como para rectificar de forma eficaz los ejes respectivos.The rotation position of the supports can be selectively immobilized in relation to the machine base. For example, during an in-depth grinding operation, a single axis, namely the rotating shaft of the assembly is "live", which makes the dynamic rigidity of the machine tool during grinding significantly greater than that of a machine Conventional tool that uses only linear rails. Each rotary axis is immobilizable, for example, by clamping the servo, using a brake, or turning off the associated hydrostatic or air bearings to effectively rectify the respective axes.
Los soportes pueden estar apoyados sobre la base de maquina mediante cojinetes rotativos, preferiblemente mediante cojinetes de deslizamiento y de empuje. Los cojinetes de empuje de gran tamano pueden montarse directamente sobre la base de maquina para proporcionar ejes amortiguados muy ngidos con una muy buena relacion de soporte en todas las direcciones, lo que resulta en caractensticas de rigidez axisimetricas. Una base de maquina plana y lisa puede ser de facil construccion para montar sobre ella los dos planos de empuje de eje rotativo.The supports may be supported on the machine base by means of rotary bearings, preferably by sliding and thrust bearings. Large-size thrust bearings can be mounted directly on the machine base to provide very sharp cushioned shafts with a very good support ratio in all directions, resulting in axisimetric stiffness characteristics. A flat and smooth machine base can be easily constructed to mount the two rotary axis thrust planes on it.
Los tres ejes rotativos pueden emplear componentes comunes, lo que reduce el coste total de la maquina. Por ejemplo, pueden emplear el mismo motor, accionamiento, codificador y/o los mismos componentes de cojinete, o similares.The three rotary axes can use common components, which reduces the total cost of the machine. For example, they can use the same motor, drive, encoder and / or the same bearing components, or the like.
Preferiblemente los cojinetes del primer y segundo eje de rotacion y del eje rotativo asociado con el montaje tienen forma de cojinetes hidrostaticos. Los cojinetes lineales suelen tener huecos de cojinete mas grandes que los cojinetes rotativos y requieren la utilizacion de aceite mas espeso (mas viscoso) para mantener las velocidades de flujo en un nivel aceptable. A los fines practicos, todos los ejes de maquina (incluido un husillo de rectificar si esta presente) utilizan, preferiblemente, el mismo aceite hidrostatico. El uso de un aceite mas espeso provoca un mayor calentamiento del aceite en un husillo de rectificar de alta velocidad. Esto puede provocar problemas de sobrecalentamiento del husillo. Por lo tanto, se prefiere un aceite menos espeso para los husillos de rectificar. Si los tres ejes de maquina tienen cojinetes hidrostaticos rotativos, entonces todos los cojinetes pueden tener huecos de cojinete mas pequenos y utilizar un aceite de menor viscosidad que es beneficioso para el husillo de rectificar.Preferably the bearings of the first and second axis of rotation and of the rotary axis associated with the assembly are in the form of hydrostatic bearings. Linear bearings usually have larger bearing holes than rotary bearings and require the use of thicker (more viscous) oil to maintain flow rates at an acceptable level. For practical purposes, all machine shafts (including a grinding spindle if present) preferably use the same hydrostatic oil. The use of a thicker oil causes greater heating of the oil in a high speed grinding spindle. This can cause spindle overheating problems. Therefore, a less thick oil is preferred for grinding spindles. If all three machine shafts have rotary hydrostatic bearings, then all bearings can have smaller bearing holes and use a lower viscosity oil that is beneficial for the grinding spindle.
La rotacion de los soportes con respecto a la base de maquina puede ser efectuada por los respectivos motores de accionamiento directo.The rotation of the supports with respect to the machine base can be carried out by the respective direct drive motors.
Preferiblemente, cada soporte incluye un sensor de rotacion para proporcionar una senal relacionada con la posicion de rotacion del soporte respectivo con respecto a la base de maquina. La disposicion de control puede recibir las senales de los sensores de rotacion y controlar las posiciones de rotacion de los soportes. En particular, una disposicion de control de este tipo puede configurarse para compensar la inexactitud en el movimiento de estos soportes durante una operacion de mecanizado. Esta correccion de errores se puede emplear, por ejemplo, para mantener la veracidad de movimiento relativo entre una herramienta de corte y una pieza de trabajo, en lugar de simplemente confiar en la rectitud de los ejes lineales de una maquina.Preferably, each support includes a rotation sensor to provide a signal related to the rotation position of the respective support with respect to the machine base. The control arrangement can receive the signals of the rotation sensors and control the rotation positions of the supports. In particular, such a control arrangement can be configured to compensate for the inaccuracy in the movement of these supports during a machining operation. This error correction can be used, for example, to maintain the relative veracity of movement between a cutting tool and a workpiece, rather than simply relying on the straightness of the linear axes of a machine.
En una implementacion preferida, uno de los soportes lleva un montaje de herramienta, que puede tener forma de un husillo de rectificar o cabezal de muela adaptado para rotar una muela de rectificar montada sobre el, por ejemplo. El cabezal de muela puede ser llevado por el brazo de soporte, y estar orientado de modo que el eje deIn a preferred implementation, one of the supports has a tool assembly, which can be in the form of a grinding spindle or grinding wheel adapted to rotate a grinding wheel mounted on it, for example. The wheel head can be carried by the support arm, and be oriented so that the axis of
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rotacion de la muela de rectificar sea paralelo al eje rotativo. De forma alternativa, el eje de rotacion de la muela de rectificar puede ser ortogonal al eje rotativo.Grinding wheel rotation is parallel to the rotary axis. Alternatively, the axis of rotation of the grinding wheel can be orthogonal to the rotary axis.
De forma alternativa, o ademas, un soporte puede llevar una herramienta tal y como una herramienta de torneado, uno o mas calibradores, o sensores, tales como un sensor de inspeccion de herramienta de pulido, por ejemplo. Las combinaciones de herramientas, calibradores, rectificadoras y otros similares se pueden proporcionar en cada soporte y se seleccionan segun sea apropiado mediante la rotacion del soporte respectivo.Alternatively, or in addition, a support can carry a tool such as a turning tool, one or more calibrators, or sensors, such as a polishing tool inspection sensor, for example. Combinations of tools, calibrators, grinders and the like can be provided on each support and are selected as appropriate by rotating the respective support.
Preferiblemente, la lmea central del montaje (y/o centro de masa del montaje de herramienta y la herramienta asociada) tiene mayor altura por sobre la base de maquina que la lmea central de la pieza de trabajo (y/o su centro de masa). Ello resulta en que las fuerzas ejercidas sobre la pieza de trabajo por una herramienta se dirijan hacia abajo hacia la base de maquina, lo que aumenta la estabilidad de la maquina.Preferably, the center line of the assembly (and / or center of mass of the tool assembly and the associated tool) has a greater height above the machine base than the center line of the workpiece (and / or its center of mass) . This results in the forces exerted on the workpiece by a tool being directed downwards towards the machine base, which increases the stability of the machine.
Dos montajes de herramienta pueden ser llevados por uno de los soportes, cada uno de los cuales es movil con respecto al soporte independientemente del otro. De esta manera, pueden mecanizarse dos caractensticas sobre una pieza de trabajo de forma simultanea.Two tool assemblies can be carried by one of the supports, each of which is mobile with respect to the support independently of the other. In this way, two features can be machined on a work piece simultaneously.
Cada montaje de herramienta puede ser llevado por un brazo de soporte respectivo sobre el segundo soporte, siendo cada brazo de soporte independientemente movil con respecto al segundo soporte alrededor de un eje rotativo respectivo. Cada brazo de soporte puede estar montado sobre un vastago comun. Por lo menos uno de los brazos de soporte tambien puede ser movil con respecto al soporte a lo largo de un eje lineal de modo que altere la separacion de los montajes de herramienta.Each tool assembly can be carried by a respective support arm on the second support, each support arm being independently movable with respect to the second support around a respective rotary axis. Each support arm can be mounted on a common rod. At least one of the support arms can also be mobile with respect to the support along a linear axis so as to alter the separation of the tool mounts.
El otro soporte puede estar dispuesto para soportar una pieza de trabajo alargada con su eje longitudinal en un plano ortogonal a los ejes de rotacion de los ejes de maquina de rotacion.The other support may be arranged to support an elongated workpiece with its longitudinal axis in a plane orthogonal to the rotation axes of the rotation machine axes.
Un metodo para mecanizar una pieza de trabajo mediante el uso de una maquina herramienta segun lo definido anteriormente puede comprender las siguientes etapas:A method for machining a workpiece by using a machine tool as defined above may comprise the following steps:
montar una pieza de trabajo sobre uno de los soportes;mount a workpiece on one of the supports;
rotar los soportes para presentar una porcion seleccionada de la pieza de trabajo a una herramienta de corte llevada por el otro soporte; yrotate the supports to present a selected portion of the workpiece to a cutting tool carried by the other support; Y
mecanizar la porcion seleccionada de la pieza de trabajo con la herramienta de corte.Machining the selected portion of the workpiece with the cutting tool.
De esta manera, se pueden utilizar el primer y el segundo eje de rotacion para traer una herramienta de corte a la posicion requerida a lo largo de una pieza de trabajo. Estos ejes rotativos pueden luego bloquearse y el tercer eje rotativo emplearse para alimentar una herramienta de corte a la pieza de trabajo.In this way, the first and second axis of rotation can be used to bring a cutting tool to the required position along a workpiece. These rotary axes can then be locked and the third rotary axis can be used to feed a cutting tool to the workpiece.
El metodo tambien puede incluir las siguientes etapas adicionales:The method may also include the following additional steps:
rotar los soportes en direcciones opuestas y mover la pieza de trabajo y/o la herramienta de corte con respecto al soporte respectivo para acoplar una segunda porcion de la pieza de trabajo con la herramienta de corte; yrotate the supports in opposite directions and move the workpiece and / or the cutting tool with respect to the respective support to couple a second portion of the workpiece with the cutting tool; Y
mecanizar la segunda porcion de la pieza de trabajo con la herramienta de corte.Machining the second portion of the workpiece with the cutting tool.
Con la sincronizacion de la rotacion de los soportes y del movimiento de la pieza de trabajo y/o la herramienta de corte con respecto al soporte respectivo, una herramienta de corte puede atravesarse a lo largo de una pieza de trabajo alargada, lo que permite la generacion de perfiles de componentes complejos.With the synchronization of the rotation of the supports and the movement of the workpiece and / or the cutting tool with respect to the respective support, a cutting tool can be traversed along an elongated workpiece, which allows the generation of complex component profiles.
Otro metodo para mecanizar una pieza de trabajo mediante el uso de una maquina herramienta segun lo definido anteriormente comprende las siguientes etapas:Another method for machining a workpiece by using a machine tool as defined above comprises the following steps:
montar una pieza de trabajo que tiene un eje longitudinal sobre uno de los soportes;mount a workpiece that has a longitudinal axis on one of the supports;
rotar el otro soporte de modo que el eje de rotacion de una muela de rectificar llevada por el otro soporte no sea paralelo respecto del eje longitudinal de la pieza de trabajo; yrotate the other support so that the axis of rotation of a grinding wheel carried by the other support is not parallel with respect to the longitudinal axis of the workpiece; Y
rectificar la pieza de trabajo con la muela de rectificar con el eje de rotacion de la muela de rectificar en angulo respecto del eje longitudinal de la pieza de trabajo.rectify the workpiece with the grinding wheel with the axis of rotation of the grinding wheel at an angle to the longitudinal axis of the workpiece.
Un metodo adicional comprende las siguientes etapas:An additional method comprises the following steps:
(a) montar una pieza de trabajo sobre uno de los soportes;(a) mount a workpiece on one of the supports;
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(b) montar una herramienta que tiene un eje de referencia sobre el otro soporte; y(b) mount a tool that has a reference axis on the other support; Y
(c) mover el primer soporte con respecto al eje de rotacion del primer eje de rotacion y el montaje con respecto al eje de rotacion del segundo eje de rotacion y el eje rotativo, de modo que una superficie perfilada o curvada predeterminada se define en la pieza de trabajo, al mismo tiempo que mantiene el eje de referencia de la herramienta perpendicular a dicha superficie.(c) move the first support with respect to the axis of rotation of the first axis of rotation and the assembly with respect to the axis of rotation of the second axis of rotation and the rotary axis, so that a predetermined profiled or curved surface is defined in the work piece, while maintaining the reference axis of the tool perpendicular to said surface.
Un metodo para calibrar una maquina herramienta segun lo definido anteriormente comprende las siguientes etapas:A method for calibrating a machine tool as defined above comprises the following steps:
(a) montar una fuente de luz laser sobre uno de los soportes;(a) mount a laser light source on one of the supports;
(b) emitir un rayo laser desde la fuente de luz que incide sobre un dispositivo optico soportado por el otro soporte;(b) emit a laser beam from the light source that strikes an optical device supported by the other support;
(c) vigilar la trayectoria del rayo laser respecto de las posiciones de los soportes segun lo medido por los sensores de rotacion respectivos;(c) monitor the path of the laser beam with respect to the positions of the supports as measured by the respective rotation sensors;
(d) calcular errores de posicionamiento; y(d) calculate positioning errors; Y
(e) calibrar la disposicion de control de modo que se reduzcan los errores.(e) calibrate the control arrangement so that errors are reduced.
El dispositivo optico puede ser un detector, o un reflector para reflejar la luz laser incidente de vuelta hacia un detector montado sobre el otro soporte, por ejemplo. En una implementacion preferida, se emplean rayos laser duales y se utiliza interferometna para medir la distancia entre la fuente de luz laser y el dispositivo optico.The optical device can be a detector, or a reflector to reflect the incident laser light back towards a detector mounted on the other support, for example. In a preferred implementation, dual laser beams are used and interferometna is used to measure the distance between the laser light source and the optical device.
El uso de dos ejes de rotacion primarios permite el uso de correccion de errores de software para mantener la posicion, la rectitud y el control del movimiento angular entre los dos puntos de interes, en lugar de tener que confiar en la rectitud de los ejes lineales de una maquina. Durante la construccion de la maquina, es posible medir la posicion del movimiento lineal interpolado entre los dos puntos y hacer compensaciones de software.The use of two primary rotation axes allows the use of software error correction to maintain the position, rectitude and control of angular movement between the two points of interest, instead of having to rely on the straightness of the linear axes of a machine. During the construction of the machine, it is possible to measure the position of the interpolated linear movement between the two points and make software offsets.
Las maquinas herramienta que se describen en la presente memoria tienen una amplia variedad de aplicaciones potenciales en las que la posicion y el angulo de dos puntos uno respecto del otro necesitan controlarse en un area o volumen de barrido. En particular, ello puede ser especialmente beneficioso en el mecanizado, la inspeccion o el posicionamiento de componentes complejos que requieren control de la posicion o del angulo sobre un area o volumen de barrido. Un ejemplo espedfico es el torneado con diamante, en donde a menudo es necesario mantener una herramienta de corte en una orientacion normal respecto de una superficie que se mecaniza.The machine tools described herein have a wide variety of potential applications in which the position and angle of two points relative to each other need to be controlled in a sweeping area or volume. In particular, this can be especially beneficial in machining, inspection or positioning of complex components that require position or angle control over a sweeping area or volume. A specific example is diamond turning, where it is often necessary to maintain a cutting tool in a normal orientation with respect to a machining surface.
Breve descripcion de los dibujosBrief description of the drawings
A continuacion se describiran las realizaciones de la invencion y las configuraciones de maquinas herramienta que resulten utiles para comprender la aplicabilidad de la invencion a modo de ejemplo, haciendo referencia a los dibujos esquematicos que la acompanan, en donde:Next, the embodiments of the invention and the configurations of machine tools that are useful for understanding the applicability of the invention will be described by way of example, referring to the schematic drawings that accompany it, where:
Las Figuras 1 a 3 son vistas en perspectiva de las maquinas herramienta que se describen en el documento WO2009/093064;Figures 1 to 3 are perspective views of the machine tools described in WO2009 / 093064;
Las Figuras 4 a 9 son vistas en perspectiva de una maquina herramienta para ilustrar su funcionamiento;Figures 4 to 9 are perspective views of a machine tool to illustrate its operation;
Las Figuras 10 y 11 son vistas lateral y en perspectiva, respectivamente, de una maquina herramienta que tiene una muela de rectificar movil alrededor de un eje rotativo horizontal;Figures 10 and 11 are side and perspective views, respectively, of a machine tool having a movable grinding wheel around a horizontal rotary axis;
La Figura 12 es una vista en perspectiva simplificada de una maquina herramienta de la forma que se muestra en las Figuras 10 y 11;Figure 12 is a simplified perspective view of a machine tool as shown in Figures 10 and 11;
La Figura 13 es una vista en perspectiva de una maquina herramienta que realiza la invencion y que tiene un montaje movil alrededor de un eje rotativo horizontal;Figure 13 is a perspective view of a machine tool that performs the invention and has a movable assembly around a horizontal rotary axis;
La Figura 14 es una vista en perspectiva de una maquina herramienta en la que una muela de rectificar es movil con respecto al segundo soporte alrededor de un eje rotativo vertical; yFigure 14 is a perspective view of a machine tool in which a grinding wheel is movable with respect to the second support around a vertical rotary axis; Y
Las Figuras 15 a 18 son vistas en perspectiva de maquinas herramienta que incluyen dos brazos de soporte que rotan de forma independiente alrededor de un eje rotativo horizontal;Figures 15 to 18 are perspective views of machine tools that include two support arms that rotate independently around a horizontal rotary axis;
La Figura 19 es una vista en perspectiva de una maquina rectificadora conocida para ilustrar su bucle termico variable;Figure 19 is a perspective view of a known grinding machine to illustrate its variable thermal loop;
La Figura 20 es una vista lateral en seccion transversal de una maquina herramienta segun una realizacion de la presente invencion que incluye un soporte central para los dos ejes de maquina de rotacion;Figure 20 is a cross-sectional side view of a machine tool according to an embodiment of the present invention that includes a central support for the two rotation machine axes;
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Las Figuras 21 a 26 son vistas en perspectiva de una maquina herramienta de la forma que se muestra en la Figura 13 en orientaciones diferentes; yFigures 21 to 26 are perspective views of a machine tool as shown in Figure 13 in different orientations; Y
Las Figuras 27 a 32 se han tornado del documento WO2009/093064 para ilustrar las caractensticas y capacidades de las maquinas herramienta alU descritas, que tambien son aplicables a las maquinas herramienta que aqu se describen.Figures 27 to 32 have been made from document WO2009 / 093064 to illustrate the features and capabilities of the described machine tools ALU, which are also applicable to the machine tools described herein.
Debe tenerse en cuenta que las Figuras son esquematicas unicamente. Los mismos signos de referencia se utilizan, en general, para referirse a caractensticas correspondientes o similares en realizaciones modificadas y diferentes.It should be noted that the Figures are schematic only. The same reference signs are used, in general, to refer to corresponding or similar features in modified and different embodiments.
Descripcion detallada de los dibujosDetailed description of the drawings
Las Figuras 1 a 3 son representaciones esquematicas en perspectiva de las maquinas herramienta que se describen en el documento WO2009/093064. Incluyen una base de maquina 10. El primer y el segundo soporte 100, 102 estan montados directamente sobre la base para su rotacion alrededor de los ejes de rotacion de los respectivos ejes de maquina de rotacion, que son perpendiculares al plano de la base de maquina. Su movimiento de rotacion se indica mediante las flechas A y B, respectivamente. Los puntos 104 y 106 indican puntos de referencia asociados con cada soporte. Cada punto tiene un eje de referencia 108, 110 que pasa a traves de este.Figures 1 to 3 are schematic perspective representations of the machine tools described in WO2009 / 093064. They include a machine base 10. The first and the second support 100, 102 are mounted directly on the base for rotation around the rotation axes of the respective rotation machine axes, which are perpendicular to the plane of the machine base . Its rotation movement is indicated by arrows A and B, respectively. Points 104 and 106 indicate reference points associated with each support. Each point has a reference axis 108, 110 that passes through it.
Un montaje 112 es llevado por el segundo soporte 102 y es movil a lo largo de un eje de maquina lineal. El punto de referencia 104 esta sobre el primer soporte, y el punto de referencia 106 esta sobre el montaje 112, llevado por el segundo soporte 102. El control de la posicion y orientacion del primer soporte y del montaje es considerado en la presente memoria con referencia a los puntos 104 y 106 y sus ejes de referencia 108 y 110 asociados.An assembly 112 is carried by the second support 102 and is movable along a linear machine axis. The reference point 104 is on the first support, and the reference point 106 is on the assembly 112, carried by the second support 102. The control of the position and orientation of the first support and of the assembly is considered herein with reference to points 104 and 106 and their associated reference axes 108 and 110.
Las representaciones en lmea de trazos 100', 102' y 112' del primer soporte, del segundo soporte y del montaje estan incluidas en la Figura 1 para mostrar sus diferentes orientaciones despues de la rotacion alrededor de sus respectivos ejes de maquina de rotacion. Ello ilustra el movimiento para alterar el angulo entre los ejes de referencia 108 y 110.The line representations of strokes 100 ', 102' and 112 'of the first support, the second support and the assembly are included in Figure 1 to show their different orientations after rotation around their respective rotation machine axes. This illustrates the movement to alter the angle between the reference axes 108 and 110.
La Figura 2 ilustra el movimiento del montaje 112 a lo largo de su eje lineal a una segunda posicion 112' que se muestra con un contorno de lmeas punteadas. La flecha C ilustra la direccion del movimiento. Esta capacidad facilita el control de la distancia entre los dos puntos fijos 104 y 106. La combinacion de los dos ejes rotativos y de un eje lineal permite el movimiento controlado de los puntos tanto en posicion como en angulo en un area de barrido.Figure 2 illustrates the movement of assembly 112 along its linear axis to a second position 112 'shown with a dotted line contour. Arrow C illustrates the direction of movement. This capability facilitates the control of the distance between the two fixed points 104 and 106. The combination of the two rotary axes and a linear axis allows the controlled movement of the points both in position and at an angle in a sweeping area.
La Figura 3 muestra una configuracion de maquina herramienta en la que el primer soporte 100 tambien es movil a lo largo del eje de maquina lineal F, que es paralelo a su eje de rotacion. La posicion del soporte que sigue el movimiento a lo largo de este eje se muestra mediante el contorno de lmeas punteadas 100'. Esta dimension adicional de movimiento facilita el control de la posicion y orientacion del primer soporte y del montaje uno respecto del otro sobre un volumen de barrido.Figure 3 shows a machine tool configuration in which the first support 100 is also mobile along the linear machine axis F, which is parallel to its axis of rotation. The position of the support that follows the movement along this axis is shown by the contour of dotted lines 100 '. This additional dimension of movement facilitates the control of the position and orientation of the first support and of the assembly with respect to each other on a scanning volume.
En las maquinas herramienta descritas a continuacion, las capacidades de las configuraciones de maquinas herramienta conocidas que se muestran en las Figuras 1 a 3 se pueden lograr proporcionando un montaje sobre un soporte que es movil con respecto al soporte alrededor de un eje rotativo, y que esta separado del eje rotativo mediante un brazo de soporte. Se emplea un componente lineal del movimiento del montaje alrededor de este eje rotativo para lograr el grado lineal de libertad presente en estas disposiciones conocidas.In the machine tools described below, the capabilities of the known machine tool configurations shown in Figures 1 to 3 can be achieved by providing a mount on a support that is movable with respect to the support around a rotary axis, and that It is separated from the rotating shaft by a support arm. A linear component of the movement of the assembly around this rotary axis is used to achieve the linear degree of freedom present in these known arrangements.
El uso del eje rotativo para proporcionar un componente horizontal de movimiento para el montaje se ilustra en las Figuras 4 a 9.The use of the rotary axis to provide a horizontal movement component for assembly is illustrated in Figures 4 to 9.
El primer y el segundo soporte 200, 202 estan montados directamente sobre la base de maquina 10 para su rotacion alrededor de los ejes de rotacion de los respectivos ejes de maquina de rotacion que son perpendiculares al plano de la base de maquina. Los puntos 204 y 206 ilustran puntos de referencia asociados con cada soporte. Un eje de referencia 214 pasa a traves del punto de referencia 204.The first and the second support 200, 202 are mounted directly on the machine base 10 for rotation around the rotation axes of the respective rotation machine axes that are perpendicular to the plane of the machine base. Points 204 and 206 illustrate reference points associated with each support. A reference axis 214 passes through the reference point 204.
Un brazo de soporte 208 es llevado por el segundo soporte 202 y es movil con relacion al segundo soporte alrededor de un eje rotativo 210.A support arm 208 is carried by the second support 202 and is movable relative to the second support around a rotating shaft 210.
Las Figuras 4 a 6 muestran posiciones sucesivas de los componentes de maquinas herramienta a medida que los puntos de referencia 204 y 206 se mueven sobre la superficie de una pieza de trabajo nocional representada por una zona de trabajo cubica 212. A medida que los soportes rotan en direcciones opuestas, se mantiene una separacion constante entre los puntos de referencia en la direccion del eje de referencia 214 mediante la rotacion del brazo de soporte alrededor del eje 210.Figures 4 to 6 show successive positions of machine tool components as reference points 204 and 206 move over the surface of a notional workpiece represented by a cubic work area 212. As the supports rotate in opposite directions, a constant separation is maintained between the reference points in the direction of the reference axis 214 by rotating the support arm around the axis 210.
Las vistas laterales de las orientaciones de la maquina herramienta que se muestran en las Figuras 4 a 6 se representan en las Figuras 7 a 9. Una lmea de referencia 216 marcada en una porcion del brazo de soporte 208 queThe side views of the machine tool orientations shown in Figures 4 to 6 are shown in Figures 7 to 9. A reference line 216 marked on a portion of the support arm 208 which
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se extiende a traves del soporte 202 destaca los cambios en la posicion de rotacion del brazo de soporte con relacion al soporte.extends through the support 202 highlights the changes in the rotation position of the support arm relative to the support.
En las Figuras 10 y 11 se muestra una maquina rectificadora. Se proporciona una muela de rectificar 220 con su eje de rotacion 222 en una orientacion horizontal y separada del eje rotativo horizontal 210 mediante un brazo de soporte (no visible en estas Figuras). Una pieza de trabajo 224 esta montada sobre el otro soporte 202 (visible en la Figura 11). La flecha 226 indica el movimiento del eje de la muela de rectificar a lo largo de un arco como resultado de su movimiento con respecto al eje rotativo 210, la rotacion alrededor de este eje se identifica mediante la flecha 228.A grinding machine is shown in Figures 10 and 11. A grinding wheel 220 is provided with its rotation axis 222 in a horizontal orientation and separated from the horizontal rotary axis 210 by a support arm (not visible in these Figures). A workpiece 224 is mounted on the other support 202 (visible in Figure 11). The arrow 226 indicates the movement of the grinding wheel axis along an arc as a result of its movement with respect to the rotary axis 210, the rotation around this axis is identified by the arrow 228.
El componente horizontal del movimiento de la muela de rectificar alrededor del eje rotativo 210 logra el mismo movimiento de correccion horizontal que el eje de maquina lineal presente en las maquinas herramienta descritas en el documento WO2009/093064.The horizontal component of the grinding wheel movement around the rotary axis 210 achieves the same horizontal correction movement as the linear machine axis present in the machine tools described in WO2009 / 093064.
Preferiblemente, el accionamiento del motor 229 del tercer eje rotativo esta montado sobre el segundo soporte 202 con su lmea central paralela al eje 222 del cabezal de muela, y en particular con su lmea central coincidente con el tercer eje rotativo 210. Un contrapeso 223 es tambien llevado por el tercer eje rotativo para asistir con el control de la posicion del cabezal de muela con respecto a ese eje.Preferably, the motor drive 229 of the third rotary axis is mounted on the second support 202 with its central line parallel to the axis 222 of the wheel head, and in particular with its central line coinciding with the third rotary axis 210. A counterweight 223 is also carried by the third rotary axis to assist with the control of the position of the wheel head with respect to that axis.
La Figura 12 muestra un modelo de CAD que se utilizo para demostrar la matematica de control necesaria para utilizar el movimiento rotativo alrededor de un eje rotativo horizontal para proporcionar un movimiento correctivo.Figure 12 shows a CAD model that was used to demonstrate the control math necessary to use rotary motion around a horizontal rotary axis to provide corrective motion.
Al lograr este movimiento correctivo mediante un eje lineal para proporcionar un movimiento en lmea recta entre la muela de rectificar y la pieza de trabajo, los datos de correccion lineal permanecen constantes, independientemente del diametro de la parte que se rectifica o del diametro de la muela de rectificar. Con una configuracion de la maquina de la forma que se muestra en la Figura 12, el movimiento correctivo necesario para mantener el movimiento en lmea recta (por ejemplo) cambia con el diametro de la muela de rectificar y el diametro de la pieza de trabajo. Los angulos de eje rotativo calculados mediante el uso del modelo de CAD se muestran en la siguiente tabla:By achieving this corrective movement by means of a linear axis to provide a straight-line movement between the grinding wheel and the workpiece, the linear correction data remains constant, regardless of the diameter of the part being rectified or the diameter of the wheel. of rectifying With a configuration of the machine as shown in Figure 12, the corrective movement necessary to keep the movement straight (for example) changes with the grinding wheel diameter and the work piece diameter. The rotary axis angles calculated using the CAD model are shown in the following table:
- Parte de 50 mm 50 mm part
- Muela de 400 mm 400 mm grindstone
- Muela de 401 mm 401 mm grindstone
- Angulo del tercer eje rotativo Angle of the third rotary axis
- Alcance Angulo del tercer eje rotativo Alcance Scope Angle of the third rotary axis Scope
- -250 mm -250 mm
- 76,98826862 -250 mm 77,06186038 76,98826862 -250 mm 77.06186038
- 0 mm 0 mm
- 71,88021431 5,10805431 0 mm 71,95047563 5,11138475 71,88021431 5,10805431 0 mm 71,95047563 5,11138475
- 250 mm 250 mm
- 76,98826862 250 mm 77,06186038 76,98826862 250 mm 77.06186038
- Parte de 51 mm 51 mm part
- Muela de 400 mm 400 mm grindstone
- Muela de 401 mm 401 mm grindstone
- Angulo del tercer eje rotativo Angle of the third rotary axis
- Alcance Angulo del tercer eje rotativo Alcance Scope Angle of the third rotary axis Scope
- -250 mm -250 mm
- 77.06186038 -250 mm 77,13546366 77.06186038 -250 mm 77,13546366
- 0 mm 0 mm
- 71.95047563 5.11138475 0 mm 72,02074874 5,11471492 71.95047563 5.11138475 0 mm 72.02074874 5.11471492
- 250 mm 250 mm
- 77.06186038 250 mm 77,13546366 77.06186038 250 mm 77,13546366
Se utilizaron dos diametros de muela de rectificar (400 mm y 410 mm) y dos diametros de componentes (50 mm y 51 mm). En la simulacion, la muela de rectificar fue forzada de modo que mantuviera su borde de rectificar paralelo a la superficie longitudinal de la pieza de trabajo. Se puede observar que los angulos de los ejes rotativos necesarios en los dos extremos de los componentes (-250 mm y +250 mm) y en los centros (0 mm) cambian a medida que cambian los diametros de la muela de rectificar y de los componentes.Two grinding wheel diameters (400 mm and 410 mm) and two component diameters (50 mm and 51 mm) were used. In the simulation, the grinding wheel was forced so as to keep its grinding edge parallel to the longitudinal surface of the workpiece. It can be seen that the angles of the rotary axes required at the two ends of the components (-250 mm and +250 mm) and at the centers (0 mm) change as the grinding wheel and grinding wheel parameters change. components.
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De este modo, con el conocimiento de los diametros de la muela de rectificar y de los componentes, el movimiento angular alrededor del tercer eje rotativo se puede calcular para mantener el perfil de movimiento necesario entre la herramienta de corte y la pieza de trabajo.Thus, with the knowledge of grinding wheel and component diameters, the angular movement around the third rotary axis can be calculated to maintain the necessary movement profile between the cutting tool and the workpiece.
La Figura 13 muestra otra configuracion de la maquina herramienta segun una realizacion de la invencion. Un brazo de soporte 230 es capaz de pivotar alrededor de un tercer eje rotativo 232 de la forma indicada por la flecha 234. En la disposicion representada, un cabezal de muela 236 de rectificar esta montado en el extremo distal del brazo de soporte de modo que su eje de rotacion es ortogonal al tercer eje rotativo y a la direccion radial con respecto a ese eje que se extiende a lo largo del brazo de soporte. El movimiento de pivote del brazo alrededor del eje 232 resulta en un movimiento del cabezal de muela de rectificar en forma de arco, indicado por la flecha 238.Figure 13 shows another configuration of the machine tool according to an embodiment of the invention. A support arm 230 is capable of pivoting about a third rotary axis 232 in the manner indicated by arrow 234. In the arrangement shown, a grinding wheel head 236 is mounted on the distal end of the support arm so that its axis of rotation is orthogonal to the third rotary axis and to the radial direction with respect to that axis that extends along the support arm. The pivot movement of the arm around the axis 232 results in a movement of the arc grinding wheel head, indicated by arrow 238.
Con el soporte en una orientacion generalmente horizontal, el movimiento de su extremo distal alrededor del tercer eje rotativo se produce principalmente en la direccion vertical.With the support in a generally horizontal orientation, the movement of its distal end around the third rotary axis occurs mainly in the vertical direction.
Se utiliza una junta flexible 240 para facilitar la rotacion del brazo de soporte 230 alrededor del eje rotativo 232 en la configuracion que se muestra en la Figura 13, pero se apreciara que podna emplearse cualquier tipo de acoplamiento rotativo, tal y como un cojinete rotativo. La fuerza de accionamiento rotativo puede proporcionarse mediante una amplia gama de opciones, incluidos un motor en el eje, un motor fuera del eje (a traves de un accionamiento de correa o de engranaje, por ejemplo), o un accionamiento de leva.A flexible joint 240 is used to facilitate rotation of the support arm 230 around the rotary axis 232 in the configuration shown in Figure 13, but it will be appreciated that any type of rotary coupling, such as a rotary bearing, could be employed. The rotary drive force can be provided by a wide range of options, including a motor on the shaft, an off-axis motor (through a belt or gear drive, for example), or a cam drive.
El brazo de soporte y la junta flexible estan montados para el movimiento a lo largo de un eje lineal 242 llevado por el segundo soporte 202. Ello facilita el movimiento del cabezal de muela de rectificar hacia y desde una pieza de trabajo 244 montada sobre el primer soporte 200. Este movimiento lineal se emplea tambien para corregir el componente horizontal del movimiento del cabezal de muela alrededor del tercer eje rotativo 232.The support arm and the flexible joint are mounted for movement along a linear axis 242 carried by the second support 202. This facilitates the movement of the grinding wheel head to and from a workpiece 244 mounted on the first support 200. This linear movement is also used to correct the horizontal component of the wheel head movement around the third rotary axis 232.
Segun se muestra en la Figura 13, este movimiento alrededor del tercer eje rotativo puede utilizarse para subir y bajar una muela de rectificar orientada con su eje de rotacion sustancialmente vertical (es decir, ortogonal al tercer eje rotativo y al brazo de soporte). Puede ser empleado, entonces, para formar un perfil de borde en la pieza de trabajo 244 (tal como una oblea de silicio), por ejemplo, o para mover la muela entre una pieza de trabajo y una muela de rectificar que forma la muela 245 debajo de esta.As shown in Figure 13, this movement around the third rotary axis can be used to raise and lower a grinding wheel oriented with its substantially vertical axis of rotation (ie, orthogonal to the third rotary axis and to the support arm). It can then be used to form an edge profile in the workpiece 244 (such as a silicon wafer), for example, or to move the wheel between a workpiece and a grinding wheel that forms the wheel 245 under this.
Otra maquina rectificadora se representa en la Figura 14. Aqrn, un brazo de soporte 250 es capaz de rotar alrededor de un tercer eje rotativo 252. Este eje tiene una orientacion vertical, paralela a los ejes de rotacion del primer y del segundo eje de rotacion de la maquina. El movimiento del brazo de soporte alrededor de este eje en la direccion indicada por la flecha 254 mueve un cabezal de muela de rectificar 256 alrededor del eje en un arco indicado por la flecha 258. Esto sirve para mover una muela de rectificar 260 montada del cabezal de muela de forma horizontal hacia y desde una pieza de trabajo 262 montada sobre el primer soporte 200.Another grinding machine is shown in Figure 14. Here, a support arm 250 is capable of rotating around a third rotary axis 252. This axis has a vertical orientation, parallel to the rotation axes of the first and second rotation axis. of the machine The movement of the support arm around this axis in the direction indicated by arrow 254 moves a grinding wheel head 256 around the axis in an arc indicated by arrow 258. This serves to move a grinding wheel 260 mounted on the head grinding wheel horizontally to and from a workpiece 262 mounted on the first support 200.
Una herramienta (en este caso la muela de rectificar 260) se puede mover a lo largo de una pieza de trabajo 262 alargada mediante la rotacion de los respectivos soportes 202, 200, con un componente del movimiento de la herramienta alrededor del tercer eje rotativo 252 en una direccion perpendicular al eje de la pieza de trabajo que sirve para proporcionar un movimiento correctivo.A tool (in this case the grinding wheel 260) can be moved along an elongated workpiece 262 by rotating the respective supports 202, 200, with a component of the tool's movement around the third rotary axis 252 in a direction perpendicular to the axis of the workpiece that serves to provide corrective motion.
En la configuracion que se muestra en la Figura 14, se puede observar que la altura del montaje en el extremo del brazo de soporte 250 permanece constante durante el funcionamiento de la maquina. Esto significa que no son necesarios los calculos correctivos que se describen anteriormente en relacion con la Figura 12.In the configuration shown in Figure 14, it can be seen that the height of the assembly at the end of the support arm 250 remains constant during the operation of the machine. This means that the corrective calculations described above in relation to Figure 12 are not necessary.
Ademas, si el brazo 250 se mueve unicamente unos pocos grados a cada lado de una orientacion paralela con el eje de la pieza de trabajo durante un funcionamiento de la maquina, solo hay una desviacion de segundo orden desde el movimiento en lmea recta deseado perpendicular a ese eje. Por lo tanto, al realizar las operaciones que solo requieren pequenos movimientos perpendiculares a un eje de la pieza de trabajo, una disposicion de la forma que se muestra en la Figura 14 emplea un tercer eje rotativo para proporcionar el movimiento cercano a aquel de un eje lineal, mientras que emplea ejes rotativos unicamente.In addition, if the arm 250 moves only a few degrees on each side of an orientation parallel to the axis of the workpiece during machine operation, there is only a second order deviation from the desired straight line movement perpendicular to that axis. Therefore, when performing operations that only require small movements perpendicular to one axis of the workpiece, an arrangement in the manner shown in Figure 14 employs a third rotary axis to provide movement close to that of an axis. linear, while using rotating axes only.
Las Figuras 15 a 18 muestran maquinas herramienta que incluyen dos montajes de herramientas. Cada montaje de herramienta es llevado por un brazo de soporte respectivo 230, 230'. Los montajes de herramienta estan dispuestos para llevar respectivas muelas de rectificar a 220, 220', con el movimiento de estas alrededor del tercer eje rotativo 210 que proporciona una respectiva entrada de rectificar. Ello permite que cada muela de rectificar rectifique un diametro diferente simultaneamente entre sfFigures 15 to 18 show machine tools that include two tool assemblies. Each tool assembly is carried by a respective support arm 230, 230 '. The tool assemblies are arranged to carry respective grinding wheels at 220, 220 ', with the movement of these around the third rotary axis 210 which provides a respective grinding input. This allows each grinding wheel to rectify a different diameter simultaneously between sf
Se proporciona un accionamiento rotativo independiente para cada brazo de soporte junto con un codificador de posicion asociado. Por lo tanto, cada muela de rectificar es capaz de funcionar de manera completamente independiente de la otra. Por lo tanto, dos caractensticas pueden ser rectificadas al mismo tiempo sobre una pieza de trabajo, que pueden emplearse, por ejemplo, en rectificado de munequilla orbital.An independent rotary drive is provided for each support arm together with an associated position encoder. Therefore, each grinding wheel is able to function completely independently of the other. Therefore, two features can be rectified at the same time on a work piece, which can be used, for example, in orbital wrist grinding.
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El brazo de soporte 230 tambien esta montado para su movimiento lineal a lo largo del eje rotativo 210 para permitir la variacion en la separacion en esta direccion entre los dos brazos de soporte.The support arm 230 is also mounted for linear movement along the rotating shaft 210 to allow variation in the separation in this direction between the two support arms.
La Figura 16 muestra una vista similar a la de la Figura 15, excepto que el brazo de soporte 230 ha sido movido a lo largo y en forma paralela al eje de rotacion 210 para estar mas cerca del brazo de soporte 230'.Figure 16 shows a view similar to that of Figure 15, except that the support arm 230 has been moved along and parallel to the axis of rotation 210 to be closer to the support arm 230 '.
En la configuracion que se muestra en las Figuras 15 y 16, los dos brazos de soporte estan soportados por un vastago de cojinete de deslizamiento. En la realizacion que se representa en la Figura 17, los dos brazos de soporte 230, 230' estan montados sobre vastagos de soporte independientes. El brazo de soporte 230 esta montado para su movimiento a lo largo de un eje lineal paralelo al eje rotativo 210, lo que facilita el movimiento en la direccion indicada por la flecha 270. Ello facilita el control de la separacion entre los dos brazos de soporte y las herramientas asociadas montadas sobre ellos.In the configuration shown in Figures 15 and 16, the two support arms are supported by a sliding bearing rod. In the embodiment shown in Figure 17, the two support arms 230, 230 'are mounted on independent support rods. The support arm 230 is mounted for movement along a linear axis parallel to the rotary axis 210, which facilitates movement in the direction indicated by arrow 270. This facilitates the control of the separation between the two support arms. and the associated tools mounted on them.
Una configuracion adicional de dos montajes se muestra en la Figura 18. Una vez mas, un par de brazos de soporte 230, 230' estan montados para su rotacion alrededor de un tercer eje rotativo 210. En lugar de un accionamiento rotativo en el eje para cada brazo de soporte, en la configuracion de la Figura 18, se proporcionan respectivas disposiciones de accionamiento lineales 280, 280', que actuan en las direcciones indicadas por las flechas 282, 282'. Cada accionamiento lineal esta acoplado a un respectivo montaje 284, 284' a traves de respectivos pivotes 286, 286'. El otro extremo de cada accionamiento lineal esta acoplado al brazo de soporte correspondiente. El montaje de pivote 284' es movil a lo largo de un eje lineal paralelo al eje rotativo 210, lo que proporciona movimiento en una direccion indicada por la flecha 288. Ello proporciona el control de la separacion entre los brazos de soporte 230, 230' y las herramientas asociadas.An additional configuration of two mounts is shown in Figure 18. Once again, a pair of support arms 230, 230 'are mounted for rotation around a third rotary shaft 210. Instead of a rotary drive on the shaft for each support arm, in the configuration of Figure 18, provides respective linear drive arrangements 280, 280 ', which act in the directions indicated by arrows 282, 282'. Each linear drive is coupled to a respective assembly 284, 284 'through respective pivots 286, 286'. The other end of each linear drive is coupled to the corresponding support arm. The pivot assembly 284 'is movable along a linear axis parallel to the rotary axis 210, which provides movement in a direction indicated by arrow 288. This provides control of the separation between the support arms 230, 230' and the associated tools.
Ahora se describiran aspectos adicionales de la presente invencion con referencia a una maquina herramienta conocida que se muestra en la Figura 19 y una realizacion de la invencion que se muestra en la Figura 20.Additional aspects of the present invention will now be described with reference to a known machine tool shown in Figure 19 and an embodiment of the invention shown in Figure 20.
Una configuracion de la maquina herramienta de rectificar conocida que emplea ejes lineales largos para rectificar una pieza de trabajo 224 alargada se muestra en la Figura 19. Un cabezal de muela 300 de la muela de rectificar se muestra en dos ubicaciones diferentes 300, 300'. Este movimiento sera necesario para facilitar el acoplamiento de la muela de rectificar con la longitud completa de la pieza de trabajo.A configuration of the known grinding machine tool that employs long linear axes to rectify an elongated workpiece 224 is shown in Figure 19. A grinding wheel 300 of the grinding wheel is shown in two different locations 300, 300 '. This movement will be necessary to facilitate the coupling of the grinding wheel with the full length of the workpiece.
Cada ubicacion 300, 300' tiene "bucles termicos y de rigidez" asociados, indicados esquematicamente por los ovalos 302, 302' en la Figura 19. Es bien sabido en este campo que el bucle de rigidez es el camino mas corto a traves de los componentes mecanicos y la estructura de la maquina entre la herramienta de corte y el componente. Cuanto mas corto es el camino, mas ngida sera la maquina. El bucle termico es el camino mas corto a traves de los componentes mecanicos y la estructura de la maquina entre la herramienta de corte y el componente. Cuanto mas corto sea el camino, menos susceptible a distorsiones termicas sera la maquina.Each location 300, 300 'has associated "thermal and stiffness loops," schematically indicated by oval 302, 302' in Figure 19. It is well known in this field that the stiffness loop is the shortest path through the mechanical components and the structure of the machine between the cutting tool and the component. The shorter the path, the more sharp the machine will be. The thermal loop is the shortest path through the mechanical components and the structure of the machine between the cutting tool and the component. The shorter the path, the less susceptible to thermal distortions the machine will be.
Se puede observar que las ubicaciones de los bucles termicos 302, 302' son bastante diferentes. Si el rectificado se inicia en posicion 300, dara lugar a un aumento de la temperatura en esta region de la maquina respecto del resto, por lo que a medida que el cabezal de muela de rectificar se mueve a posicion 300', se encontrara con un gradiente de temperatura y variaciones de alineacion asociadas.It can be seen that the locations of the thermal loops 302, 302 'are quite different. If the grinding starts at position 300, it will lead to an increase in the temperature in this region of the machine with respect to the rest, so that as the grinding wheel head moves to position 300 ', it will find a temperature gradient and associated alignment variations.
Un movimiento tfpico de "garganta" durante un ciclo termico de esta maquina podna ser de 0,25 mm. La garganta es la seccion de la base de maquina que conecta el montaje de la muela de rectificar con el montaje del componente. Es el area en la que se acumulan las virutas del rectificado y el refrigerante durante el proceso de rectificado. Las virutas de pulido y el refrigerante tienden a calentar el material de la garganta debajo de la zona de rectificado. La region de la garganta que se calienta cambia, en funcion de la posicion axial a lo largo de los componentes que se rectifican. En la region de la garganta que se calienta, el material se expande, lo que hace que se abra la region de la garganta. Con el tiempo, la garganta se calienta en su totalidad, lo que hace que se abra. Esto puede hacer que la posicion de la muela de rectificar se aleje del componente. El error de movimiento sera el maximo allf donde la garganta este mas caliente. Como no hay una medicion directa de la posicion entre la muela de rectificar y el componente, no hay un sistema de retroalimentacion que permita compensar los errores causados por la apertura de la garganta.A typical "throat" movement during a thermal cycle of this machine could be 0.25 mm. The throat is the section of the machine base that connects the grinding wheel assembly with the component assembly. It is the area where the grinding and coolant chips accumulate during the grinding process. Polishing chips and coolant tend to heat the throat material below the grinding zone. The region of the throat that is heated changes, depending on the axial position along the components that are rectified. In the throat region that heats, the material expands, which causes the throat region to open. Over time, the throat is fully heated, which causes it to open. This can cause the grinding wheel position to move away from the component. The motion error will be the maximum where the throat is hotter. As there is no direct measurement of the position between the grinding wheel and the component, there is no feedback system that compensates for errors caused by throat opening.
Una maquina herramienta que tiene dos ejes de maquina de rotacion paralelos como se describe en la presente memoria se muestra en la Figura 20. Un bucle termico/de rigidez 310 asociado esta marcado en el dibujo. A medida que los ejes son rotados para presentar diferentes partes de una pieza de trabajo 224 a una maquina herramienta llevada por el soporte 202, el bucle termico 310 permanece sustancialmente sin cambios, lo que evita las imprecisiones derivadas de un bucle termico variable. Segun la presente invencion, se proporciona un soporte central 320 entre los ejes de maquina de rotacion 322 y 324.A machine tool having two parallel rotation machine axes as described herein is shown in Figure 20. An associated thermal / stiffness loop 310 is marked in the drawing. As the axes are rotated to present different parts of a workpiece 224 to a machine tool carried by the support 202, the thermal loop 310 remains substantially unchanged, which avoids the inaccuracies derived from a variable thermal loop. According to the present invention, a central support 320 is provided between the rotation machine shafts 322 and 324.
Con una configuracion de lecho de maquina horizontal tfpica, los ejes se soportan desde abajo. En la disposicion de la Figura 20, cada uno de los ejes de maquina de rotacion esta montado sobre un lado respectivo del soporte 320. Cada eje de maquina esta acoplado al lado adyacente del soporte mediante un montaje 326, 328, que se extiende de forma horizontal entre el eje respectivo y el soporte. Asf, el soporte central o losa lleva el peso de cada eje deWith a typical horizontal machine bed configuration, the axes are supported from below. In the arrangement of Figure 20, each of the rotation machine axes is mounted on a respective side of the support 320. Each machine axis is coupled to the adjacent side of the support by means of an assembly 326, 328, which extends so horizontal between the respective axis and the support. Thus, the central support or slab carries the weight of each axis of
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maquina a cualquiera de los dos lados. En consecuencia, las fuerzas que se generan durante el funcionamiento de la maquina herramienta actuan a traves de los ejes de maquina en direcciones opuestas sobre el soporte central 320. As^ el soporte resiste dichas fuerzas en un estado de tension o compresion, en lugar que en flexion, como sena el caso con un lecho de maquina conocido. Esto resulta en un bucle de rigidez sustancialmente constante (y potencialmente mas ngido) en la maquina herramienta independientemente de las orientaciones del soporte 200, 202. Ello sirve para reducir errores adicionales durante el funcionamiento de la maquina.machine on either side. Consequently, the forces generated during the operation of the machine tool act through the machine shafts in opposite directions on the central support 320. Thus, the support resists said forces in a state of tension or compression, rather than in flexion, as the case may be with a bed of known machine. This results in a loop of substantially constant (and potentially more sharp) stiffness in the machine tool regardless of the orientations of the support 200, 202. This serves to reduce additional errors during machine operation.
Una ventaja asociada con la configuracion de la maquina de la Figura 13 se describira ahora con referencia a las Figuras 21 a 26. Las Figuras 21 a 23 muestran las posiciones sucesivas de la maquina herramienta cuando se emplea para rectificar un lado de un baldosm rectangular 244 a modo de ejemplo. En las Figuras 21 a 23, el cabezal 236 de muela de rectificar se mueve unicamente a lo largo del eje lineal 242, y la posicion rotativa del soporte 202 alrededor del eje de rotacion del respectivo eje de maquina de rotacion 324 permanece sin cambios.An advantage associated with the configuration of the machine of Figure 13 will now be described with reference to Figures 21 to 26. Figures 21 to 23 show the successive positions of the machine tool when used to rectify one side of a rectangular tile 244 as an example. In Figures 21 to 23, the grinding wheel head 236 moves only along the linear axis 242, and the rotary position of the support 202 around the axis of rotation of the respective axis of rotation machine 324 remains unchanged.
Al considerar la lmea de referencia 340 marcada sobre la muela de rectificar 342, se puede ver que el punto de contacto entre la muela y el baldosm cambia continuamente a medida que la muela se mueve a lo largo del lado del baldosm. Asf, no es posible colocar boquillas de refrigerante de modo que proporcionen una refrigeracion y un lavado optimos durante el rectificado completo del baldosm. Se requiere un montaje de la boquilla de refrigerante articulado que sea capaz de realizar el seguimiento del punto de contacto.When considering the reference line 340 marked on the grinding wheel 342, it can be seen that the point of contact between the wheel and the tile changes continuously as the wheel moves along the side of the tile. Thus, it is not possible to place coolant nozzles so that they provide optimum cooling and washing during the complete grinding of the tile. An assembly of the articulated coolant nozzle that is capable of tracking the contact point is required.
En contraste, en las Figuras 24 a 26, el movimiento rotativo mediante el montaje del cabezal de muela de la muela de rectificar se produce mediante el eje de rotacion 324. En consecuencia, se puede ver que el punto de contacto entre la muela 342 y la pieza de trabajo 244 es constante y siempre esta al final de la lmea de referencia 340. Ello facilita el mantenimiento de las condiciones optimas de aplicacion de refrigerante en todas las partes de la operacion de rectificado, ya que la ubicacion optima de la boquilla de refrigerante esta fija con respecto al brazo de soporte 230.In contrast, in Figures 24 to 26, the rotary movement by mounting the grinding wheel of the grinding wheel is produced by the rotation axis 324. Consequently, it can be seen that the point of contact between the wheel 342 and Workpiece 244 is constant and is always at the end of reference line 340. This facilitates the maintenance of the optimum conditions of refrigerant application in all parts of the grinding operation, since the optimum location of the nozzle of refrigerant is fixed with respect to support arm 230.
Las Figuras 27 a 32 fueron tomadas del documento WO2009/093064. Ilustran las capacidades de la maquina herramienta descrita en dicho documento, que se pueden alcanzar mediante el uso de su configuracion de dos ejes de maquina de rotacion paralelos, con un eje lineal montado sobre uno de los ejes de rotacion. Se apreciara que el componente de movimiento proporcionado por el eje lineal en las configuraciones ilustradas se puede proporcionar de acuerdo con maquinas herramienta que se describen en la presente memoria mediante un tercer eje rotativo. Por lo tanto, una descripcion de estas Figuras se incluye a continuacion.Figures 27 to 32 were taken from WO2009 / 093064. They illustrate the capabilities of the machine tool described in said document, which can be achieved through the use of its configuration of two parallel rotation machine axes, with a linear axis mounted on one of the rotation axes. It will be appreciated that the motion component provided by the linear axis in the configurations illustrated can be provided in accordance with machine tools described herein by a third rotary axis. Therefore, a description of these Figures is included below.
En la maquina herramienta representada en la Figura 27, el eje de maquina lineal esta montado sobre un eje rotativo. Esto permite que los soportes 100, 102 y el montaje 112 esten orientados de modo que los ejes de referencia 108, 110 sean paralelos antes del movimiento del punto de referencia 106 a lo largo del saliente de la pieza de trabajo. Este movimiento se consigue, entonces, mediante el movimiento del montaje 112 a lo largo de su eje de maquina lineal solamente.In the machine tool shown in Figure 27, the linear machine shaft is mounted on a rotating shaft. This allows the supports 100, 102 and the assembly 112 to be oriented so that the reference shafts 108, 110 are parallel before the movement of the reference point 106 along the projection of the workpiece. This movement is achieved, then, by the movement of assembly 112 along its linear machine axis only.
El movimiento respecto de los tres ejes de la maquina se puede interpolar para permitir el acceso mediante el punto de referencia 106 a la longitud de la pieza de trabajo alargada 128.The movement with respect to the three axes of the machine can be interpolated to allow access through the reference point 106 to the length of the elongated workpiece 128.
La Figura 28 muestra el punto de referencia 106 que define una superficie esferica 140 equidistante del punto de referencia 104, a la vez que mantiene su eje de referencia 110 en una orientacion "normal de herramienta" perpendicular respecto de esa superficie.Figure 28 shows the reference point 106 defining a spherical surface 140 equidistant from the reference point 104, while maintaining its reference axis 110 in a "normal tool" orientation perpendicular to that surface.
El mantenimiento de "normal de herramienta" es un requisito comun para un torneado con diamante exitoso de componentes de alta precision. A menudo es esencial (para mantener la geometna del componente y las condiciones de corte constantes) que el mismo punto sobre la herramienta permanezca en contacto en todo momento con el componente que se mecaniza."Normal tool" maintenance is a common requirement for successful diamond turning of high precision components. It is often essential (to maintain the geometry of the component and the constant cutting conditions) that the same point on the tool remains in contact at all times with the component being machined.
La Figura 29 ilustra como el ajuste de las orientaciones de rotacion relativas del soporte 22 de la herramienta y el soporte 20 de la pieza de trabajo se pueden utilizar para crear un angulo entre el eje de rotacion 50 de una muela de rectificar 36 y el eje longitudinal 52 de una pieza de trabajo 24, para facilitar la formacion de un perfil afilado sobre la pieza de trabajo. Este principio tambien puede ser utilizado para generar otros perfiles o formas, tales como perfiles de corona en los cojinetes de rodillo.Figure 29 illustrates how the adjustment of the relative rotational orientations of the tool holder 22 and the workpiece holder 20 can be used to create an angle between the rotation axis 50 of a grinding wheel 36 and the axis longitudinal 52 of a workpiece 24, to facilitate the formation of a sharp profile on the workpiece. This principle can also be used to generate other profiles or shapes, such as crown profiles in roller bearings.
La Figura 30 ilustra como se puede emplear una muela de rectificar 60 preformada mediante el uso de una maquina herramienta que realiza la invencion para formar perfiles predeterminados sobre una pieza de trabajo 24.Figure 30 illustrates how a preformed grinding wheel 60 can be used by using a machine tool that performs the invention to form predetermined profiles on a workpiece 24.
La base de maquina puede estar hecha de granito, hierro fundido u hormigon polimerico, por ejemplo y su fabricacion puede ser relativamente poco costosa en comparacion con una base para una maquina herramienta existente que emplea ejes lineales largos.The machine base can be made of granite, cast iron or polymer concrete, for example and its manufacture can be relatively inexpensive compared to a base for an existing machine tool that uses long linear shafts.
Durante la construccion de una maquina herramienta de acuerdo con la invencion, la precision del movimiento lineal interpolado entre una herramienta de corte y una pieza de trabajo se puede medir y se puede calcular cualquierDuring the construction of a machine tool according to the invention, the precision of the interpolated linear movement between a cutting tool and a workpiece can be measured and any
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compensacion necesaria. Esta compensacion se puede incorporar en las instrucciones funcionamiento del controlador de la maquina herramienta, por ejemplo en software.necessary compensation. This compensation can be incorporated into the operating instructions of the machine tool controller, for example in software.
La calibracion laser se puede emplear respecto del angulo, la posicion lineal y la rectitud correccion de errores de movimiento respecto de los ejes rotativo y lineal.The laser calibration can be used with respect to the angle, the linear position and the rectitude correction of movement errors with respect to the rotary and linear axes.
Las Figuras 31 y 32 muestran como la maquina puede calibrarse por laser. Una fuente de luz 70 esta montada sobre el cabezal 26 que genera dos rayos laser paralelos 72, 74 que son incidentes sobre un detector 76 llevado por el soporte 22 de la herramienta.Figures 31 and 32 show how the machine can be calibrated by laser. A light source 70 is mounted on the head 26 that generates two parallel laser beams 72, 74 that are incident on a detector 76 carried by the tool holder 22.
Al mover los dos ejes de rotacion y el eje lineal, es posible (mediante el uso de diversos conjuntos de optica laser) medir los errores de rectitud, posicion y angulo y hacer la correccion para compensar los errores. Los procedimientos de correccion variaran en funcion de los requisitos principales para cualquier pieza de trabajo dada (por ejemplo, paralelismo, diametro o posicion axial de la caractenstica que se mecaniza).By moving the two axes of rotation and the linear axis, it is possible (by using various laser optics sets) to measure the errors of straightness, position and angle and make the correction to compensate for the errors. Correction procedures will vary depending on the main requirements for any given work piece (for example, parallelism, diameter or axial position of the characteristic that is machined).
El procedimiento de calibracion puede incluir las siguientes etapas:The calibration procedure may include the following stages:
I. Utilizacion de una optica de medicion de errores angulares:I. Use of an angular measurement error optics:
i. Rotar los dos ejes, vinculando el eje secundario (por ejemplo, el eje de soporte de la herramienta) con el eje primario (por ejemplo, el eje de soporte del cabezal de trabajo) en todo el rango de movimiento necesario para mecanizar el componente mas largo. El eje lineal tambien estara vinculado con el eje primario para mantener una posicion constante del rayo laser en la optica de medicion.i. Rotate the two axes, linking the secondary axis (for example, the tool support axis) with the primary axis (for example, the work head support axis) over the entire range of motion necessary to machine the component more long. The linear axis will also be linked to the primary axis to maintain a constant position of the laser beam in the measurement optics.
ii. Los errores angulares afectaran a:ii. Angular errors will affect:
1. El diametro de la caractenstica que se mecaniza;1. The diameter of the characteristic that is machined;
2. El paralelismo de la caractenstica que se mecaniza;2. The parallelism of the characteristic that is mechanized;
3. La posicion axial de la caractenstica que se mecaniza;3. The axial position of the characteristic that is machined;
iii. Cualquier error angular medido puede ser compensado mediante la modificacion del movimiento del eje secundario respecto del eje primario.iii. Any measured angular error can be compensated by modifying the movement of the secondary axis with respect to the primary axis.
iv. Este procedimiento minimizara los errores del eje rotativo (de cada codificador) y cualquier error rotativo adicional, por ejemplo, de errores de inclinacion del eje del cojinete y el error de oscilacion del eje lineal.iv. This procedure will minimize rotational axis errors (of each encoder) and any additional rotational errors, for example, of inclination errors of the bearing shaft and the oscillation error of the linear axis.
II. Utilizacion de la optica de medicion de la posicion lineal:II. Use of linear position measurement optics:
i. Repetir el procedimiento de movimiento correspondiente a (I).i. Repeat the movement procedure corresponding to (I).
ii. Los errores de posicion lineal afectaran la posicion axial de la caractenstica que se mecaniza;ii. Linear position errors will affect the axial position of the machining feature;
iii. Si la posicion axial de una caractenstica tiene mayor prioridad que el paralelismo de la caractenstica que se mecaniza, entonces, los errores de posicion medidos pueden ser compensados (mediante el uso del eje rotativo secundario). Esto se anadira ligeramente a los errores de posicion angular que se minimizaron durante el procedimiento I.iii. If the axial position of a characteristic has a higher priority than the parallelism of the characteristic that is machined, then the measured position errors can be compensated (by using the secondary rotary axis). This will add slightly to the angular position errors that were minimized during procedure I.
1. El error angular adicional podna ser relativamente insignificante. Por ejemplo, para corregir un error de posicion axial de 3 micrometros se requiere (aproximadamente) una correccion angular de 1 segundo de arco. 1 segundo de arco sobre una caractenstica de 50 mm de largo dana lugar a una conicidad de 0,25 micrometros.1. The additional angular error could be relatively insignificant. For example, to correct an axial position error of 3 micrometers, an angular correction of 1 arc second is required (approximately). 1 second arc over a 50 mm long feature gives rise to a taper of 0.25 micrometers.
III. Utilizacion de la optica de medicion de rectitud para determinar los errores de rectitud horizontal:III. Use of straightness measurement optics to determine horizontal straightness errors:
i. Repetir el procedimiento de movimiento.i. Repeat the movement procedure.
ii. Los errores de rectitud lineal afectaran el diametro de la caractenstica que se mecaniza;ii. Linear straightness errors will affect the diameter of the characteristic that is machined;
iii. Los errores de rectitud horizontal medidos se pueden compensar directamente mediante el uso del eje lineal.iii. The measured horizontal straightness errors can be compensated directly by using the linear axis.
que gobiernan el lo que permite lathat govern what the
Estos procedimientos permiten la correccion de errores de movimiento sin la necesidad de alinear ejes ortogonales, un beneficio clave de este diseno de la maquina.These procedures allow the correction of movement errors without the need to align orthogonal axes, a key benefit of this machine design.
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Preferiblemente, la posicion de rotacion de cada eje de rotacion se supervisa mediante el uso de respectivos sensores de rotacion independientes de los utilizados durante el funcionamiento normal de la maquina herramienta. Por lo tanto, estos sensores de calibracion dedicados facilitan la calibracion de forma independiente de los sensores normales. El proceso de calibracion puede, entonces, medir y permitir la correccion de errores de movimiento de la maquina causados por los sensores de control de funcionamiento.Preferably, the rotation position of each rotation axis is monitored by the use of respective rotation sensors independent of those used during normal operation of the machine tool. Therefore, these dedicated calibration sensors facilitate calibration independently of normal sensors. The calibration process can then measure and allow the correction of machine movement errors caused by the operating control sensors.
Si la posicion axial de las caractensticas mecanizadas es particularmente diffcil, puede emplearse un codificador lineal (tal como un interferometro laser montado entre los dos ejes rotativos) como un codificador secundario para minimizar los errores de posicion lineales causados por errores del codificador rotativo.If the axial position of the machined features is particularly difficult, a linear encoder (such as a laser interferometer mounted between the two rotary axes) can be used as a secondary encoder to minimize linear position errors caused by rotary encoder errors.
Esto se puede conseguir mediante la aplicacion de principios similares a aquellos empleados en los procedimientos de calibracion descritos anteriormente.This can be achieved by applying similar principles to those used in the calibration procedures described above.
Las maquinas herramienta que se describen en la presente memoria pueden utilizar codificadores rotativos para sincronizar el movimiento entre dos ejes rotativos. Puede ser posible mantener un error de posicion absoluta de alrededor 1 segundo de arco entre los dos ejes. Un error de posicion rotativa produce un error lineal en un radio dado de aproximadamente 5 micrometros (de error lineal) por metro (de radio) por segundo de arco (de error). Para un componente de aproximadamente 1500 mm de longitud, el radio desde el centro del eje rotativo al extremo del componente puede ser de aproximadamente 900 mm, por ejemplo. Ello resulta en un error de posicion lineal (en la direccion axial del componente) de aproximadamente 3 micrometros por segundo de arco de error.The machine tools described herein can use rotary encoders to synchronize movement between two rotary axes. It may be possible to maintain an absolute position error of about 1 second of arc between the two axes. A rotational position error produces a linear error in a given radius of approximately 5 micrometers (linear error) per meter (radius) per second arc (error). For a component of approximately 1500 mm in length, the radius from the center of the rotating shaft to the end of the component may be approximately 900 mm, for example. This results in a linear position error (in the axial direction of the component) of approximately 3 micrometers per second of error arc.
En la mayona de los casos esto sera aceptable. Sin embargo, para requisitos extremadamente exigentes (por ejemplo, que requieren no mas de 1 micrometro de error lineal) puede ser preferible hacer una medicion directa en lmea de errores lineales (en lugar de una medicion lineal que se infiere a partir de un codificador rotativo).In most cases this will be acceptable. However, for extremely demanding requirements (for example, which require no more than 1 micrometer of linear error) it may be preferable to make a direct measurement in line of linear errors (instead of a linear measurement that is inferred from a rotary encoder ).
Un ejemplo de un codificador laser lineal de largo alcance es un RLE10, segun lo comercializa Renishaw (RTM). Un codificador de este tipo se podna utilizar para proporcionar retroalimentacion de posicion lineal a medida que los dos ejes rotativos se mueven uno respecto del otro. Por lo tanto, los errores de posicion axial resultantes entre la herramienta de corte y el componente de los errores del codificador rotativo se pueden medir directamente como errores de posicion lineal.An example of a long-range linear laser encoder is an RLE10, as sold by Renishaw (RTM). An encoder of this type could be used to provide linear position feedback as the two rotary axes move relative to each other. Therefore, the resulting axial position errors between the cutting tool and the rotary encoder error component can be measured directly as linear position errors.
La configuracion del codificador lineal sena similar a aquella mostrada anteriormente en las Figuras 31 y 32 para el procedimiento de calibracion de la maquina. Sin embargo, el laser y el objetivo del codificador requerinan encerrarse en una cubierta (que no se muestra en las Figuras), lejos (probablemente por debajo) de la posicion de contacto del mecanizado.The configuration of the linear encoder will be similar to that shown above in Figures 31 and 32 for the machine calibration procedure. However, the laser and the encoder objective require enclosing a cover (not shown in the Figures), far (probably below) from the machining contact position.
Las senales de salida de los sensores empleados durante el procedimiento de calibracion son alimentadas a la disposicion de control de la maquina o a una disposicion de procesamiento de calibracion dedicada. Las senales de los sensores se procesan para identificar cualesquier correccion que deba aplicarse a la configuracion de control de la maquina herramienta para minimizar cualquier error de posicionamiento detectado.The output signals of the sensors used during the calibration procedure are fed to the machine control arrangement or a dedicated calibration processing arrangement. The sensor signals are processed to identify any correction that should be applied to the machine tool control configuration to minimize any detected positioning error.
Mientras que las maquinas herramienta y las configuraciones que se describen con referencia a los dibujos son maquinas de rectificado, se apreciara que una amplia gama de operaciones relacionadas con el mecanizado pueden implementarse de acuerdo con la invencion. Ademas de las operaciones de rectificado, otras aplicaciones son viraje o pulido, por ejemplo, e inspeccion de los componentes mecanizados.While the machine tools and configurations described with reference to the drawings are grinding machines, it will be appreciated that a wide range of operations related to machining can be implemented in accordance with the invention. In addition to grinding operations, other applications are turning or polishing, for example, and inspection of machined components.
Se apreciara que las referencias en esta memoria a orientaciones relativas ortogonales o paralelas y orientaciones similares deben interpretarse como que definen las relaciones sustancialmente ortogonales o paralelas entre los componentes dentro de las tolerancias practicas.It will be appreciated that references herein to relative orthogonal or parallel orientations and similar orientations should be interpreted as defining substantially orthogonal or parallel relationships between the components within practical tolerances.
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